H3PO4预处理水稻秸秆厌氧发酵产沼气的试验研究(2)

菜单

本文采用水稻秸秆和牛粪为发酵原料，秸秆与牛粪1:1配比，在中温（35±1）℃条件下探索了在不同质量百分数H3PO4溶液预处理条件下，水稻秸秆主要组成部分的含量转变，以及产气潜力测试期厌氧消化产沼气的特性；对比了在不同质量分数H3PO4预处理条件下，水稻秸秆的成分利用率与产沼气能力的不同，探讨有效提高秸秆产气效果的预处理方法，以期为水稻秸秆厌氧消化产沼气技能和设置开发提供有关技术参考。

2 材料与方法

2.1 试验材料

本文选取水稻秸秆作为试验材料，取自淮安市淮阴区，将其截断至1～2 cm，粉碎机粉碎。本试验的接种物是取淮安市淮阴区王营镇丁集村户用沼气池中的沼液，加入水稻秸秆与牛粪，在试验室中厌氧发酵一段时间所形成的沼液。选用H3PO4作为预处理剂，添加到水稻秸秆中。水稻秸秆与牛粪一比一配比，干物质各取60 g，加沼液定容到2 L装罐。实验材料的理化性质见表1。

表1 实验材料的理化性质（%）

TS VS 灰分纤维素半纤维素木质素

水稻秸秆 92.9 81.4 10.1 38.3 21.3 12.5

牛粪 87.4 56.8 - - - -

接种沼液 7.29 4.12 - - - -

2.2 试验装置与仪器

2.2.1 试验装置

本试验选取排水法收集不同预处理条件下所产沼气，厌氧发酵仪器包括恒温水箱、温控仪、地热线、发酵瓶、传感器、集气瓶、集水瓶等，各装置之间通过抗老化处理的乳胶管相连。水箱底部均匀分布着地热线，地热线之间无堆叠，且为使水箱内传热均匀，以1cm左右为间距铺设地热线。发酵瓶和集气瓶分别选取容积为2 L的广口瓶及1 L的锥形瓶；在发酵瓶和集气瓶处分别设有料液取样口及沼气气体取气口。发酵过程中定期取样进行料液pH值的测定，逐日测定沼气气体成分和产气量，如图1所示。

产气潜力试验

2.2.2 测试项目与方法

总固体质量百分数（TS）测定：烘干法，在电热恒温鼓风干燥箱中105℃下烘4～6 h；水分测定根据 GB/T 2677.2–1993； pH值：经过精密pH 计（PHS-3C）测定；产气量测定：采取排水法收集沼气，出水收集瓶中的水量每日定时用量筒测，做好数据记录；气体成分：采用气体分析仪（英国Geotechnical Instruments公司，Geotech GEM5000）测定；根据GB/T 2677.3–1993测定灰分；采取硝酸–乙醇法测定纤维素含量。

2.3 试验方法

2.3.1 预处理

粉碎后的水稻秸秆中含水率用去离子水调节到约为30%，分别将2%、4%、6%和8%的质量分数的H3PO4溶液加入到盛有60 g水稻秸秆的2 L大烧杯中，混合均匀，密封放入25℃恒温生化培养箱内，待其在恒温箱中反应7 d以后，取部分秸秆物料放置于烘箱烘干直至恒重,测定干物质含量，并检测其半纤维素、纤维素及木质素的百分含量，把剩余物料用作接下来消化产气测试的材料。将沼液、鲜牛粪和水稻秸秆在塑料桶中混合均匀，密封一个月，同时定期搅拌，完成接种物驯化。